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JP2000138868A - Imaging device and control method thereof - Google Patents

Imaging device and control method thereof

Info

Publication number
JP2000138868A
JP2000138868A JP10313334A JP31333498A JP2000138868A JP 2000138868 A JP2000138868 A JP 2000138868A JP 10313334 A JP10313334 A JP 10313334A JP 31333498 A JP31333498 A JP 31333498A JP 2000138868 A JP2000138868 A JP 2000138868A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
imaging
signal
photoelectric conversion
image
storage element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10313334A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Uie
真司 宇家
Tetsuo Yamada
哲生 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Fujifilm Holdings Corp
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Fujifilm Microdevices Co Ltd, Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10313334A priority Critical patent/JP2000138868A/en
Priority to US09/432,114 priority patent/US6784935B1/en
Publication of JP2000138868A publication Critical patent/JP2000138868A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/741Circuitry for compensating brightness variation in the scene by increasing the dynamic range of the image compared to the dynamic range of the electronic image sensors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57Control of the dynamic range
    • H04N25/58Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/587Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields
    • H04N25/589Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields with different integration times, e.g. short and long exposures
    • HELECTRICITY
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/73Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To pick up the image of a moving object with high image quality over a wide dynamic range by picking up the image of the object twice and outputting signals generated through 1st and 2nd image pickup operations externally. SOLUTION: First and second image pickup operations are conducted on an object and then signals generated by the 1st and 2nd image pickup operations are outputted externally. When a photographer depresses a shutter button 13 of this image pickup device to instruct generation of one picture, a solid-state image pickup element 3 outputs signals of 1st and 2nd images photographed in different exposure times. Memories 7, 8 can respectively store a picture of one frame. The memory 7 stores the 1st image signal and the memory 8 stores the 2nd image signals. An image compositing processor 9 composite the 1st image signal stored in the memory 7 with the 2nd image signal stored in the memory 8 and generates an image signal with a wide dynamic range and to output it externally.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関し、
特にダイナミックレンジが広い画像を撮像するための撮
像装置及びその制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an imaging device,
In particular, the present invention relates to an imaging device for capturing an image having a wide dynamic range and a control method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像素子は、2次元行列状に配置さ
れたフォトダイオードを有し、2次元画像を撮像するこ
とができる。各フォトダイオードは、画像中の画素に相
当する。
2. Description of the Related Art A solid-state image pickup device has photodiodes arranged in a two-dimensional matrix and can pick up a two-dimensional image. Each photodiode corresponds to a pixel in the image.

【0003】図11は、固体撮像素子内のフォトダイオ
ードの光電変換特性を示すグラフである。横軸は、フォ
トダイオードに入射する光量を示し、縦軸はフォトダイ
オードから出力される電圧を示す。特性線A1、A2、
A3は、それぞれ同一固体撮像素子内の第1、第2、第
3のフォトダイオードの特性を示す。
FIG. 11 is a graph showing a photoelectric conversion characteristic of a photodiode in a solid-state imaging device. The horizontal axis indicates the amount of light incident on the photodiode, and the vertical axis indicates the voltage output from the photodiode. Characteristic lines A1, A2,
A3 indicates the characteristics of the first, second, and third photodiodes in the same solid-state imaging device.

【0004】特性線A1〜A3は、入射光量が少ない時
に生じる線形領域R1と入射光量が多い時に生じる飽和
領域R2とからなる。線形領域R1は、入射光量と出力
電圧が比例する領域である。飽和領域R2は、入射光量
に対して出力電圧が飽和する領域である。
The characteristic lines A1 to A3 include a linear region R1 generated when the amount of incident light is small and a saturated region R2 generated when the amount of incident light is large. The linear region R1 is a region where the amount of incident light and the output voltage are proportional. The saturation region R2 is a region where the output voltage is saturated with respect to the amount of incident light.

【0005】線形領域R1では、各フォトダイオードの
特性A1〜A3が同じであるが、飽和領域R2では、各
フォトダイオードの特性A1〜A3が異なる。飽和領域
R2では、フォトダイオード間の出力が不均一になる。
そこで、ホワイトクリップ処理を行う。ホワイトクリッ
プ処理は、出力電圧が電圧Vw以上の電圧を強制的に電
圧Vwに変換する処理である。
In the linear region R1, the characteristics A1 to A3 of each photodiode are the same, but in the saturation region R2, the characteristics A1 to A3 of each photodiode are different. In the saturation region R2, the output between the photodiodes becomes non-uniform.
Therefore, white clip processing is performed. The white clip process is a process for forcibly converting a voltage whose output voltage is equal to or higher than the voltage Vw to a voltage Vw.

【0006】ホワイトクリップ処理を行うため、実質的
に光電変換に使用できる領域は線形領域R1である。光
電変換可能なダイナミックレンジは原則として線形領域
R1の広さにより決まる。
[0006] An area that can be substantially used for photoelectric conversion for performing white clip processing is a linear area R1. The dynamic range in which photoelectric conversion is possible is determined in principle by the width of the linear region R1.

【0007】固体撮像素子は、デジタルスチルカメラや
ビデオカメラに使用される。固体撮像素子のダイナミッ
クレンジは、人間の目や写真フィルムのものに比べ、非
常に狭い。ダイナミックレンジが狭いと、画像中に白つ
ぶれや黒つぶれ等の不具合が生じる。
[0007] Solid-state imaging devices are used in digital still cameras and video cameras. The dynamic range of a solid-state imaging device is very narrow as compared with those of the human eye or photographic film. When the dynamic range is narrow, problems such as loss of white and loss of black occur in the image.

【0008】この不具合を改善するため、露光時間が異
なる2画像を撮像し、その2画像を合成する技術があ
る。その詳細を、図12(A)〜(C)を参照しながら
説明する。
In order to solve this problem, there is a technique of capturing two images having different exposure times and synthesizing the two images. The details will be described with reference to FIGS.

【0009】図12(A)〜(C)は、図11と同様
に、横軸が入射光量であり、縦軸が出力電圧である。
In FIGS. 12A to 12C, similarly to FIG. 11, the horizontal axis indicates the amount of incident light, and the vertical axis indicates the output voltage.

【0010】図12(A)は、第1回目の撮像における
長時間露光の光電変換特性を示すグラフである。長時間
露光されるため、単位時間当たりの入射光量が少なくて
も、出力電圧は大きくなる。この光電変換特性も、電圧
Vwでホワイトクリップ処理されている。
FIG. 12A is a graph showing the photoelectric conversion characteristics of a long-time exposure in the first imaging. Since the exposure is performed for a long time, the output voltage increases even if the amount of incident light per unit time is small. This photoelectric conversion characteristic is also subjected to white clip processing at the voltage Vw.

【0011】図12(B)は、第2回目の撮像における
短時間露光の光電変換特性を示すグラフである。短時間
露光されるため、長時間露光の特性(図12(A))に
比べ、単位時間当たりの入射光量に対しての出力電圧が
小さくなる。この光電変換特性も、電圧Vwでホワイト
クリップ処理されている。
FIG. 12B is a graph showing the photoelectric conversion characteristics of the short-time exposure in the second imaging. Since short-time exposure is performed, the output voltage with respect to the amount of incident light per unit time becomes smaller than the characteristic of long-time exposure (FIG. 12A). This photoelectric conversion characteristic is also subjected to white clip processing at the voltage Vw.

【0012】図12(C)は、第1回目の撮像の光電変
換特性(図12(A))と第2回目の撮像の光電変換特
性(図12(B))を合成した光電変換特性を示すグラ
フである。合成方法は、例えば両方の特性を単純に加算
する方法である。
FIG. 12C shows a photoelectric conversion characteristic obtained by combining the photoelectric conversion characteristic of the first imaging (FIG. 12A) and the photoelectric conversion characteristic of the second imaging (FIG. 12B). It is a graph shown. The combining method is, for example, a method of simply adding both characteristics.

【0013】この合成した光電変換特性を用いれば、固
体撮像素子のダイナミックレンジを拡大することができ
る。すなわち、入射光量が少ない時でも多い時でも、光
電変換はフォトダイオード間で均一な線形特性を示す。
[0013] The dynamic range of the solid-state imaging device can be expanded by using the combined photoelectric conversion characteristics. That is, the photoelectric conversion shows a uniform linear characteristic between the photodiodes even when the amount of incident light is small or large.

【0014】なお、合成した光電変換特性は、入射光量
が多い領域での傾きが入射光量が少ない領域での傾きよ
りも小さいが、この特性は人間の視覚特性に近いもので
あり、問題はない。
In the combined photoelectric conversion characteristics, the inclination in a region where the amount of incident light is large is smaller than the inclination in a region where the amount of incident light is small, but this characteristic is close to human visual characteristics and there is no problem. .

【0015】また、長時間露光と短時間露光は、どちら
を先に行ってもよい。次に、図13〜17を参照しなが
ら、上記の処理を行うための固体撮像素子の動作を説明
する。これらの図中において、ハッチが施された領域は
電荷が蓄積されている領域を示す。
Either the long-time exposure or the short-time exposure may be performed first. Next, the operation of the solid-state imaging device for performing the above processing will be described with reference to FIGS. In these figures, hatched areas indicate areas where electric charges are accumulated.

【0016】図13は、全画素読み出し型の固体撮像素
子の平面図であり、全ての画素(フォトダイオード)の
信号を1フレームの画像として外部に一度に読み出すこ
とができる。
FIG. 13 is a plan view of an all-pixel read-out type solid-state imaging device, in which signals of all pixels (photodiodes) can be read out to the outside at one time as an image of one frame.

【0017】固体撮像素子は、光電変換を行うための2
次元行列状のフォトダイオード51と、電荷を垂直方向
に転送するための垂直電荷転送路(VCCD)52と、
電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送路(HC
CD)53と、電荷量に応じた電圧を外部に出力するた
めの出力アンプ54とを有する。
The solid-state image pickup device has a structure for performing photoelectric conversion.
A photodiode 51 in a dimensional matrix, a vertical charge transfer path (VCCD) 52 for transferring charges in the vertical direction,
A horizontal charge transfer path (HC) for transferring charges in the horizontal direction.
CD) 53 and an output amplifier 54 for outputting a voltage corresponding to the charge amount to the outside.

【0018】まず、図13に示すように、長時間露光を
開始し、第1画像のための電荷をフォトダイオード51
に蓄積する。
First, as shown in FIG. 13, long-time exposure is started, and charges for the first image are transferred to the photodiode 51.
To accumulate.

【0019】次に、図14に示すように、各フォトダイ
オード51に蓄積された第1画像のための電荷を右隣の
垂直電荷転送路52に読み出す。この読み出しにより、
第1画像のための長時間露光は終了し、第2画像のため
の短時間露光が開始する。
Next, as shown in FIG. 14, the charges for the first image stored in each photodiode 51 are read out to the vertical charge transfer path 52 on the right side. By this reading,
The long-time exposure for the first image ends, and the short-time exposure for the second image starts.

【0020】次に、図15に示すように、垂直電荷転送
路52上の第1画像のための電荷を上から下方向に転送
し、水平電荷転送路53に供給する。水平電荷転送路5
3は、受けた電荷を右から左方向に転送し、出力アンプ
54に供給する。出力アンプ54は、受けた電荷量に応
じた電圧を出力する。すなわち、第1画像の信号を出力
する。
Next, as shown in FIG. 15, charges for the first image on the vertical charge transfer path 52 are transferred from top to bottom and supplied to the horizontal charge transfer path 53. Horizontal charge transfer path 5
3 transfers the received charge from right to left and supplies it to the output amplifier 54. The output amplifier 54 outputs a voltage corresponding to the received charge amount. That is, a signal of the first image is output.

【0021】この際、図16に示すように、図14に示
す読み出し動作直後から開始した短時間露光により、フ
ォトダイオード51に第2画像のための電荷が蓄積され
ている。
At this time, as shown in FIG. 16, charges for the second image are accumulated in the photodiode 51 by the short-time exposure started immediately after the read operation shown in FIG.

【0022】次に、図17に示すように、各フォトダイ
オード51に蓄積された第2画像のための電荷を右隣の
垂直電荷転送路52に読み出す。この読み出しにより、
第2画像のための短時間露光は終了する。
Next, as shown in FIG. 17, the charges for the second image stored in each photodiode 51 are read out to the vertical charge transfer path 52 on the right side. By this reading,
The short exposure for the second image ends.

【0023】次に、図15と同様に、垂直電荷転送路5
2上の第2画像のための電荷を上から下方向に転送し、
水平電荷転送路53に供給する。水平電荷転送路53
は、受けた電荷を右から左方向に転送し、出力アンプ5
4に供給する。出力アンプ54は、受けた電荷量に応じ
た電圧を出力する。すなわち、第2画像の信号を出力す
る。
Next, similarly to FIG. 15, the vertical charge transfer path 5
2 to transfer the charge for the second image on top down,
It is supplied to the horizontal charge transfer path 53. Horizontal charge transfer path 53
Transfers the received charge from right to left, and outputs
4 The output amplifier 54 outputs a voltage corresponding to the received charge amount. That is, a signal of the second image is output.

【0024】この後、図12(A)〜(C)に示すよう
に、第1画像及び第2画像が合成される。
Thereafter, as shown in FIGS. 12A to 12C, the first image and the second image are combined.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】上記の固体撮像素子の
動作は、被写体が静止しているときには問題がないが、
被写体が動いているときには以下の問題が生じる。すな
わち、第1回目の撮像のための長時間露光と第2回目の
撮像のための短時間露光との間隔が長いために、第1回
目の撮像のための被写体と第2回目の撮像のための被写
体の位置がずれてしまう。その結果、合成した画像は、
被写体がぶれた画像となる。
The above-mentioned operation of the solid-state imaging device has no problem when the subject is stationary.
The following problem occurs when the subject is moving. That is, since the interval between the long exposure for the first imaging and the short exposure for the second imaging is long, the subject for the first imaging and the second imaging for the second imaging are long. The position of the subject is shifted. As a result, the synthesized image
An image in which the subject is blurred.

【0026】これは、第2回目の撮像のための露光時間
を短くすれば解決することができる。第2回目の撮像の
ための露光は、図14に示す読み出し処理により開始
し、図17に示す読み出し処理により終了する。この間
に、図15に示す第1画像のための電荷の転送が行われ
る。したがって、第2回目の撮像のための露光は、第1
画像の電荷転送時間よりも短くすることができない。1
フレーム画像のための電荷転送時間は、1/60〜1/
15秒程度である。
This can be solved by shortening the exposure time for the second imaging. The exposure for the second imaging starts with the readout processing shown in FIG. 14 and ends with the readout processing shown in FIG. During this time, charge transfer for the first image shown in FIG. 15 is performed. Therefore, the exposure for the second imaging is the first exposure.
It cannot be shorter than the image charge transfer time. 1
The charge transfer time for a frame image is 1/60 to 1 /
It is about 15 seconds.

【0027】本発明の目的は、動く被写体を高画質でか
つ広いダイナミックレンジで撮像することができる撮像
装置又はその制御方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of picking up a moving subject with high image quality and a wide dynamic range, or a control method thereof.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、各々が光電変換により電気信号を生成する複数の光
電変換素子と、前記複数の光電変換素子が生成する信号
を蓄積するための信号蓄積素子と、前記光電変換素子で
生成された信号を前記信号蓄積素子に読み出すためのゲ
ートと、前記複数の光電変換素子に信号を生成させるこ
とにより第1の撮像を行い、その生成された信号を前記
信号蓄積素子に読み出し、その後、前記第1の撮像とは
異なる撮像条件で前記複数の光電変換素子に信号を生成
させることにより第2の撮像を行い、その後、前記第1
の撮像により生成された信号を前記信号蓄積素子から外
部に出力し、その後、前記第2の撮像により生成された
信号を前記複数の光電変換素子から前記信号蓄積素子に
読み出し、外部に出力する制御手段と、前記出力された
第1及び第2の撮像による信号をホワイトクリップ処理
し、合成することにより、画像信号を生成する合成手段
とを有する撮像装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, a plurality of photoelectric conversion elements, each of which generates an electric signal by photoelectric conversion, and a memory for storing a signal generated by the plurality of photoelectric conversion elements. A first imaging is performed by causing a signal storage element, a gate for reading out a signal generated by the photoelectric conversion element to the signal storage element, and causing the plurality of photoelectric conversion elements to generate a signal. A signal is read out to the signal storage element, a second imaging is performed by causing the plurality of photoelectric conversion elements to generate signals under imaging conditions different from the first imaging, and then the first imaging is performed.
Control to output a signal generated by the imaging to the outside from the signal storage element, and then read a signal generated by the second imaging from the plurality of photoelectric conversion elements to the signal storage element and output the signal to the outside An image pickup apparatus is provided, comprising: a unit; and a combining unit that generates an image signal by performing white clip processing and combining the output signals obtained by the first and second imagings.

【0029】第1及び第2の撮像を行い、その後に第1
及び第2の撮像により生成された信号を外部に出力す
る。第2の撮像時間は、第1の撮像により生成された信
号を外部に出力するための時間に制限されず、短時間に
することができる。第2の撮像時間を短時間にすること
により、第1及び第2の撮像による信号間の被写体ずれ
を小さくすることができる。
First and second imaging are performed, and then the first and second imagings are performed.
And the signal generated by the second imaging is output to the outside. The second imaging time is not limited to the time for outputting the signal generated by the first imaging to the outside, but can be short. By shortening the second imaging time, the subject shift between the signals obtained by the first and second imagings can be reduced.

【0030】また、第1及び第2の撮像による信号をホ
ワイトクリップ処理し、合成することにより、ダイナミ
ックレンジが広い画像信号を生成することができる。
Further, by subjecting the signals obtained by the first and second imagings to white clip processing and combining them, an image signal having a wide dynamic range can be generated.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例による撮
像装置(例えばデジタルカメラ)の構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image pickup apparatus (for example, a digital camera) according to an embodiment of the present invention.

【0032】レンズ1は、メカ(機械式)シャッタ2を
介して、被写体10を固体撮像素子3上に結像する。メ
カシャッタ2は、カメラ制御部11からの信号MCによ
り開閉が制御される。メカシャッタ2が開いているとき
には、被写体10からの光が固体撮像素子3上に到達
し、メカシャッタ2が閉じているときには被写体10か
らの光が固体撮像素子3上へ到達する前に遮られる。
The lens 1 forms an image of a subject 10 on a solid-state image sensor 3 via a mechanical (mechanical) shutter 2. The opening and closing of the mechanical shutter 2 is controlled by a signal MC from the camera control unit 11. When the mechanical shutter 2 is open, light from the subject 10 reaches the solid-state imaging device 3, and when the mechanical shutter 2 is closed, light from the subject 10 is blocked before reaching the solid-state imaging device 3.

【0033】シャッタボタン13は、撮影者が撮影を指
示するために操作するボタンである。カメラ制御部11
は、シャッタボタン13が押されたタイミングを基にし
て、メカシャッタ2、CCDドライバ4及び画像処理部
5を制御する。電源12は、デジタルカメラを動作させ
るためのものである。
The shutter button 13 is a button operated by a photographer to instruct photographing. Camera control unit 11
Controls the mechanical shutter 2, the CCD driver 4, and the image processing unit 5 based on the timing at which the shutter button 13 is pressed. The power supply 12 is for operating the digital camera.

【0034】CCDドライバ4は、固体撮像素子3を制
御する。固体撮像素子3は、被写体10からの入射光量
に応じて画像信号を生成し、画像処理部5に出力する。
画像処理部5は、A/D変換器(AD)6と、2つのフ
レームメモリ7,8と画像合成プロセッサ9を有する。
The CCD driver 4 controls the solid-state imaging device 3. The solid-state imaging device 3 generates an image signal according to the amount of incident light from the subject 10 and outputs the image signal to the image processing unit 5.
The image processing unit 5 has an A / D converter (AD) 6, two frame memories 7, 8, and an image synthesis processor 9.

【0035】固体撮像素子3は、フォトダイオードと電
荷転送路(CCD)を有する。フォトダイオードは、画
素に相当し、垂直方向および水平方向の2次元に配列さ
れ、受光部に照射される光を電荷に変換し、いわゆる光
電変換を行う。電荷転送路は、各フォトダイオードによ
り変換された電荷を転送し、A/D変換器6に出力す
る。A/D変換器6は、固体撮像素子3から供給された
アナログの電荷量をデジタルの電荷量に変換する。
The solid-state imaging device 3 has a photodiode and a charge transfer path (CCD). The photodiodes correspond to pixels and are arranged two-dimensionally in a vertical direction and a horizontal direction, and convert so-called photoelectric conversion by converting light applied to a light receiving unit into electric charges. The charge transfer path transfers the charge converted by each photodiode and outputs the charge to the A / D converter 6. The A / D converter 6 converts an analog charge amount supplied from the solid-state imaging device 3 into a digital charge amount.

【0036】撮影者がシャッタボタン13を押すことに
より1枚の画像生成を指示すると、固体撮像素子3は、
異なる露光時間で撮像された第1画像及び第2画像の信
号を出力する。
When the photographer instructs the generation of one image by pressing the shutter button 13, the solid-state imaging device 3
It outputs signals of the first image and the second image captured at different exposure times.

【0037】メモリ7とメモリ8は、それぞれ1フレー
ムの画像を記憶することができる。メモリ7は、第1の
画像信号を記憶する。メモリ8は、第2の画像信号を記
憶する。
Each of the memories 7 and 8 can store one frame of image. The memory 7 stores the first image signal. The memory 8 stores a second image signal.

【0038】画像合成プロセッサ9は、メモリ7に記憶
されている第1の画像信号とメモリ8に記憶されている
第2の画像信号を合成し、ダイナミックレンジの広い画
像信号を生成し外部に出力する。画像信号を合成する方
法は、例えば、両者を単純加算する方法、又は各画像信
号に所定の係数を乗じてから両者を加算する方法であ
る。
The image synthesizing processor 9 synthesizes the first image signal stored in the memory 7 and the second image signal stored in the memory 8, generates an image signal having a wide dynamic range, and outputs it to the outside. I do. The method of synthesizing the image signals is, for example, a method of simply adding the two, or a method of multiplying each image signal by a predetermined coefficient and then adding the two.

【0039】図4は、上記の固体撮像素子3の平面図で
ある。固体撮像素子には、全画素読み出し型とインタレ
ース型とがある。この固体撮像素子3は、全画素読み出
し型であり、全ての画素(フォトダイオード)の信号を
1フレームの画像として外部に一度に読み出すことがで
きる。これに対し、インタレース型は、まず奇数ライン
の画素を第1フィールドして読み出し、その後に偶数ラ
インの画素を第2フィールドとして読み出し、第1フィ
ールド及び第2フィールドを合成して1フレームの画像
信号を生成するものである。
FIG. 4 is a plan view of the solid-state imaging device 3 described above. Solid-state imaging devices include an all-pixel readout type and an interlaced type. This solid-state imaging device 3 is of an all-pixel readout type, and can read out signals of all pixels (photodiodes) to the outside at once as an image of one frame. On the other hand, in the interlaced type, first, pixels of odd lines are read out as a first field, pixels of even lines are read out as a second field, and the first field and the second field are combined to form an image of one frame. A signal is generated.

【0040】固体撮像素子3は、2次元行列状に配置さ
れ、光電変換を行うための複数の光電変換部(例えばフ
ォトダイオード)31と、電荷を垂直方向に転送するた
めの垂直電荷転送路(VCCD)32と、電荷を水平方
向に転送するための水平電荷転送路(HCCD)33
と、電荷量に応じた電圧を外部に出力するための出力ア
ンプ34とを有する。垂直電荷転送路32及び水平電荷
転送路33は、共に電荷結合素子(CCD)である。
The solid-state imaging devices 3 are arranged in a two-dimensional matrix, and include a plurality of photoelectric conversion units (for example, photodiodes) 31 for performing photoelectric conversion and a vertical charge transfer path (for transferring charges in the vertical direction). VCCD) 32 and a horizontal charge transfer path (HCCD) 33 for transferring charges in the horizontal direction.
And an output amplifier 34 for outputting a voltage corresponding to the charge amount to the outside. Both the vertical charge transfer path 32 and the horizontal charge transfer path 33 are charge-coupled devices (CCD).

【0041】垂直電荷転送路32は、駆動信号φVによ
り駆動され、水平電荷転送路33は、駆動信号φHによ
り駆動される。
The vertical charge transfer path 32 is driven by a drive signal φV, and the horizontal charge transfer path 33 is driven by a drive signal φH.

【0042】全画素読み出し型の固体撮像素子3は、各
フォトダイオード31に対応する垂直電荷転送路32の
領域に少なくとも1個の電荷転送段(電荷転送パケッ
ト)を有する。各フォトダイオード31に対して1個の
電荷転送段を有するためには、各フォトダイオード31
に対応する垂直電荷転送路32の領域に3個以上の電極
を設け、3相以上で駆動する必要がある。
The all-pixel readout type solid-state imaging device 3 has at least one charge transfer stage (charge transfer packet) in the region of the vertical charge transfer path 32 corresponding to each photodiode 31. In order to have one charge transfer stage for each photodiode 31, each photodiode 31
It is necessary to provide three or more electrodes in the region of the vertical charge transfer path 32 corresponding to the above, and to drive in three or more phases.

【0043】図2は、図4の固体撮像素子3のII−I
I線に沿った断面図である。n型シリコン基板(半導体
基板)21の表面に、p型ウエル22が形成される。p
型ウエル22の表面部分にフォトダイオード31を構成
するn型領域23及び垂直電荷転送路32を構成するn
型領域24が形成される。n型領域24とその右隣のn
型領域23との間には、チャンネルストップ領域を構成
するp+ 型領域25が形成される。
FIG. 2 is a sectional view of the solid-state imaging device 3 shown in FIG.
It is sectional drawing along the I line. A p-type well 22 is formed on a surface of an n-type silicon substrate (semiconductor substrate) 21. p
The n-type region 23 forming the photodiode 31 and the n forming the vertical charge transfer path 32 are formed on the surface of the mold well 22.
A mold region 24 is formed. n-type region 24 and n on the right
Between the mold region 23, ap + region 25 constituting a channel stop region is formed.

【0044】垂直電荷転送路32を構成するn型領域2
4の上には、絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)26を介
してシフトゲート電極27が形成される。シフトゲート
電極27には、シフトゲート信号SGが供給される。所
定値以上の正電位のシフトゲート信号SGが供給される
と、フォトダイオード31に蓄積されている電荷は垂直
電荷転送路32に読み出される。
N-type region 2 constituting vertical charge transfer path 32
A shift gate electrode 27 is formed on 4 via an insulating film (for example, a silicon oxide film) 26. The shift gate signal SG is supplied to the shift gate electrode 27. When the shift gate signal SG having a positive potential equal to or more than a predetermined value is supplied, the charges accumulated in the photodiode 31 are read out to the vertical charge transfer path 32.

【0045】シフトゲート電極27は、電荷転送電極と
しても機能する。電荷転送電極27に、駆動信号φVが
供給されると、垂直電荷転送路32は電荷を転送する。
駆動信号φVは、グランド電位と所定の負電位とからな
るパルスである。
The shift gate electrode 27 also functions as a charge transfer electrode. When the drive signal φV is supplied to the charge transfer electrode 27, the vertical charge transfer path 32 transfers the charge.
The drive signal φV is a pulse composed of a ground potential and a predetermined negative potential.

【0046】n型基板21には、基板電圧VODが供給
される。p型ウエル22は、グランドに接続される。
The substrate voltage VOD is supplied to the n-type substrate 21. The p-type well 22 is connected to the ground.

【0047】入射光28は、フォトダイオード31に入
射する。光照射によってn型領域23に電荷が溜まる。
n型領域23に電荷が溜まり過ぎると、その電荷はn型
領域23からn型基板21にオーバーフローする。この
構造をオーバーフロードレイン構造という。
The incident light 28 enters the photodiode 31. Charges accumulate in the n-type region 23 by light irradiation.
If the charges are excessively accumulated in the n-type region 23, the charges overflow from the n-type region 23 to the n-type substrate 21. This structure is called an overflow drain structure.

【0048】基板電圧VODを所定値以上にすると、フ
ォトダイオード31に蓄積された電荷をn型基板21に
捨て、フォトダイオード31を初期化することができ
る。この動作は電子シャッタと呼ばれる。電子シャッタ
により、フォトダイオード31への電荷蓄積を開始させ
ることができる。
When the substrate voltage VOD is set to a predetermined value or more, the charges accumulated in the photodiode 31 can be discarded to the n-type substrate 21 and the photodiode 31 can be initialized. This operation is called an electronic shutter. With the electronic shutter, charge accumulation in the photodiode 31 can be started.

【0049】図3は、図1に示す撮像装置(デジタルカ
メラ)を動作させるための信号のタイミングチャートで
ある。
FIG. 3 is a timing chart of signals for operating the image pickup apparatus (digital camera) shown in FIG.

【0050】メカシャッタ信号MCは、メカシャッタ2
(図1)の開閉を制御するための信号であり、ハイレベ
ルの時にメカシャッタ2が開き、ローレベルの時にメカ
シャッタ2が閉じる。
The mechanical shutter signal MC is output from the mechanical shutter 2
This signal is for controlling the opening and closing of (FIG. 1). The mechanical shutter 2 opens when the signal is at a high level, and closes when the signal is at a low level.

【0051】基板電圧VODは、2つの電圧レベルV
1,V2を有する。電圧レベルV2は、フォトダイオー
ド31に蓄積されている電荷を基板に捨てることによ
り、フォトダイオード31を初期化するための電圧であ
る。電圧レベルV1は、オーバフロードレインを動作さ
せるための電圧である。
The substrate voltage VOD has two voltage levels V
1, V2. The voltage level V2 is a voltage for initializing the photodiode 31 by discarding charges accumulated in the photodiode 31 to the substrate. Voltage level V1 is a voltage for operating the overflow drain.

【0052】シフトゲート信号SG及び電荷転送信号φ
Vは、正電位により電荷をフォトダイオード31から垂
直電荷転送路32に読み出し、負電位により垂直電荷転
送路32上の電荷を転送することができる。
The shift gate signal SG and the charge transfer signal φ
V can read charges from the photodiode 31 to the vertical charge transfer path 32 at a positive potential and transfer charges on the vertical charge transfer path 32 at a negative potential.

【0053】電荷転送信号φHは、水平電荷転送路33
上の電荷を転送するための信号である。
The charge transfer signal φH is supplied to the horizontal charge transfer path 33.
This is a signal for transferring the upper charge.

【0054】第1の露光時間T1は、基板電圧VODと
してパルスV2が供給されてからシフトゲート信号SG
としてパルスV12が供給されるまでの時間であり、第
1回目の撮像のための露光時間である。第2の露光時間
T2は、シフトゲート信号SGとしてパルスV12が供
給されてからメカシャッタ信号MCがローレベルになる
までの時間であり、第2回目の撮像のための露光時間で
ある。
The first exposure time T1 is equal to the shift gate signal SG after the pulse V2 is supplied as the substrate voltage VOD.
Is the time until the pulse V12 is supplied, and is the exposure time for the first imaging. The second exposure time T2 is a time from when the pulse V12 is supplied as the shift gate signal SG to when the mechanical shutter signal MC becomes low level, and is an exposure time for the second imaging.

【0055】以下、図4〜図10を参照しながら、固体
撮像素子3の動作を説明する。まず、図4に示すよう
に、第1の露光(例えば短時間露光)を開始し、第1画
像のための電荷をフォトダイオード31に蓄積する。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device 3 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4, first exposure (for example, short-time exposure) is started, and charges for the first image are accumulated in the photodiode 31.

【0056】この動作は、図3の時刻t1に相当する。
メカシャッタ信号MCをハイレベルに維持することによ
り、メカシャッタ2(図1)の開状態を保つ。メカシャ
ッタ2は、通常、開いた状態である。
This operation corresponds to time t1 in FIG.
By maintaining the mechanical shutter signal MC at a high level, the open state of the mechanical shutter 2 (FIG. 1) is maintained. The mechanical shutter 2 is normally open.

【0057】時刻t1において、基板電圧VODを電圧
V1(例えば10V)から電圧V2(例えば25〜39
V)に変化させることにより(電子シャッタにより)、
フォトダイオード31を初期化する。その後、基板電圧
VODを電圧V1に戻す。フォトダイオード31が初期
化されることにより、第1の露光時間T1が開始する。
At time t1, the substrate voltage VOD is changed from the voltage V1 (for example, 10 V) to the voltage V2 (for example, 25 to 39).
V) (by an electronic shutter)
The photodiode 31 is initialized. After that, the substrate voltage VOD is returned to the voltage V1. The first exposure time T1 starts when the photodiode 31 is initialized.

【0058】次に、図5に示すように、各フォトダイオ
ード31に蓄積された第1画像のための電荷を右隣の垂
直電荷転送路32に読み出す。
Next, as shown in FIG. 5, the charge for the first image stored in each photodiode 31 is read out to the vertical charge transfer path 32 on the right side.

【0059】この動作は、図3の時刻t2に相当し、シ
フトゲート信号SGを電圧V11(例えば0V)から電
圧V12(例えば15V)に変化させることにより、フ
ォトダイオード31に蓄積されている電荷を垂直電荷転
送路32に読み出す。その後、シフトゲート信号SGを
電圧V11に戻す。この読み出しにより、第1画像生成
のための第1の露光(例えば短時間露光)T1は終了
し、第2画像生成のための第2の露光(例えば長時間露
光)T2が開始する。
This operation corresponds to the time t2 in FIG. 3, and changes the shift gate signal SG from the voltage V11 (for example, 0 V) to the voltage V12 (for example, 15 V) to reduce the electric charge accumulated in the photodiode 31. The data is read out to the vertical charge transfer path 32. Thereafter, the shift gate signal SG is returned to the voltage V11. By this reading, the first exposure (for example, short-time exposure) T1 for generating the first image ends, and the second exposure (for example, long-time exposure) T2 for generating the second image starts.

【0060】次に、図6に示すように、メカシャッタ2
(図1)を閉じて、第2の露光を終了させる。この際、
第1画像のための電荷は垂直電荷転送路32に蓄積さ
れ、第2画像のための電荷はフォトダイオード31に蓄
積されている。
Next, as shown in FIG.
(FIG. 1) is closed to end the second exposure. On this occasion,
The charge for the first image is stored in the vertical charge transfer path 32, and the charge for the second image is stored in the photodiode 31.

【0061】この動作は、図3の時刻t3に相当し、メ
カシャッタ信号MCをハイレベルからローレベルに変化
させることにより、メカシャッタ2(図1)を閉状態に
する。メカシャッタ2を閉じることにより、第2の露光
時間T2は終了する。
This operation corresponds to time t3 in FIG. 3, and the mechanical shutter 2 (FIG. 1) is closed by changing the mechanical shutter signal MC from high level to low level. By closing the mechanical shutter 2, the second exposure time T2 ends.

【0062】次に、図7に示すように、垂直電荷転送路
32上の第1画像のための電荷を上から下方向に転送
し、水平電荷転送路33に供給する。水平電荷転送路3
3は、受けた電荷を右から左方向に転送し、出力アンプ
34に供給する。出力アンプ34は、受けた電荷量に応
じた電圧を出力する。すなわち、第1画像の信号を出力
する。
Next, as shown in FIG. 7, the charge for the first image on the vertical charge transfer path 32 is transferred from top to bottom and supplied to the horizontal charge transfer path 33. Horizontal charge transfer path 3
3 transfers the received charge from right to left and supplies it to the output amplifier 34. The output amplifier 34 outputs a voltage corresponding to the received charge amount. That is, a signal of the first image is output.

【0063】この電荷転送の間、メカシャッタ2は閉じ
ているので、フォトダイオード31における新たな電荷
発生はなく、スミアも発生しない。スミアは、フォトダ
イオード31に強い光が照射されると、フォトダイオー
ド31から垂直電荷転送路32に電荷が漏れだすことに
より、画質が低下する弊害である。
Since the mechanical shutter 2 is closed during this charge transfer, no new charge is generated in the photodiode 31 and no smear is generated. Smear is a problem that when the photodiode 31 is irradiated with intense light, charges leak from the photodiode 31 to the vertical charge transfer path 32, thereby deteriorating the image quality.

【0064】この動作は、図3の時刻t4に相当し、電
荷転送信号φVとして電圧V11(例えば0V)と電圧
V13(例えば−8V)とからなるパルスを供給する。
これにより、垂直電荷転送路32上の電荷が垂直方向に
転送される。
This operation corresponds to time t4 in FIG. 3, and supplies a pulse composed of voltage V11 (for example, 0 V) and voltage V13 (for example, -8 V) as charge transfer signal φV.
As a result, the charges on the vertical charge transfer path 32 are transferred in the vertical direction.

【0065】そして、電荷転送信号φHとして所定のパ
ルスを供給する。これにより、水平電荷転送路33上の
電荷が水平方向に転送される。
Then, a predetermined pulse is supplied as the charge transfer signal φH. As a result, the charges on the horizontal charge transfer path 33 are transferred in the horizontal direction.

【0066】図8に示すように、第1画像の電荷信号を
全て転送し、出力アンプ34から出力される第1画像の
信号に対して図11に示すホワイトクリップ処理を行
う。ホワイトクリップ処理は、電圧Vw以上の出力電圧
を電圧Vwに変換する処理である。ホワイトクリップ処
理された画像信号は、フレームメモリ7(図1)に書き
込まれる。
As shown in FIG. 8, all the charge signals of the first image are transferred, and the white clip processing shown in FIG. 11 is performed on the signal of the first image output from the output amplifier 34. The white clipping process is a process of converting an output voltage equal to or higher than the voltage Vw into a voltage Vw. The image signal subjected to the white clip processing is written to the frame memory 7 (FIG. 1).

【0067】次に、図9に示すように、各フォトダイオ
ード31に蓄積された第2画像のための電荷を右隣の垂
直電荷転送路32に読み出す。
Next, as shown in FIG. 9, the charges for the second image stored in each photodiode 31 are read out to the right vertical charge transfer path 32.

【0068】この動作は、図3の時刻t5に相当し、シ
フトゲート信号SGを電圧V11(例えば0V)から電
圧V12(例えば15V)に変化させることにより、フ
ォトダイオード31に蓄積されている電荷を垂直電荷転
送路32に読み出す。その後、シフトゲート信号SGを
電圧V11に戻す。
This operation corresponds to time t5 in FIG. 3, and changes the shift gate signal SG from the voltage V11 (for example, 0 V) to the voltage V12 (for example, 15 V) to reduce the electric charge accumulated in the photodiode 31. The data is read out to the vertical charge transfer path 32. Thereafter, the shift gate signal SG is returned to the voltage V11.

【0069】次に、図10に示すように、垂直電荷転送
路32上の第2画像のための電荷を上から下方向に転送
し、水平電荷転送路33に供給する。水平電荷転送路3
3は、受けた電荷を右から左方向に転送し、出力アンプ
34に供給する。出力アンプ34は、受けた電荷量に応
じた電圧を出力する。すなわち、第2画像の信号を出力
する。
Next, as shown in FIG. 10, the charges for the second image on the vertical charge transfer path 32 are transferred from top to bottom and supplied to the horizontal charge transfer path 33. Horizontal charge transfer path 3
3 transfers the received charge from right to left and supplies it to the output amplifier 34. The output amplifier 34 outputs a voltage corresponding to the received charge amount. That is, a signal of the second image is output.

【0070】この動作は、図3の時刻t6に相当し、電
荷転送信号φV及びφHとして所定のパルスを供給す
る。これにより、垂直電荷転送路32上及び水平電荷転
送路33上の電荷が転送される。
This operation corresponds to time t6 in FIG. 3, and supplies predetermined pulses as charge transfer signals φV and φH. Thereby, the charges on the vertical charge transfer path 32 and the horizontal charge transfer path 33 are transferred.

【0071】次に、出力アンプ34から出力される第2
画像の信号に対してホワイトクリップ処理を行う。ホワ
イトクリップ処理された画像信号は、フレームメモリ8
(図1)に書き込まれる。
Next, the second output from the output amplifier 34
The white clip processing is performed on the image signal. The image signal subjected to white clip processing is stored in a frame memory 8
(FIG. 1).

【0072】次に、図12(C)に示すように、フレー
ムメモリ7内の第1画像とフレームメモリ8内の第2画
像を合成する。合成することにより、固体撮像素子のダ
イナミックレンジを広くすることができる。
Next, as shown in FIG. 12C, the first image in the frame memory 7 and the second image in the frame memory 8 are combined. By synthesizing, the dynamic range of the solid-state imaging device can be widened.

【0073】図3に示すように、第2の露光時間T2
は、フォトダイオード31からの電荷読み出しにより開
始し、メカシャッタ2を閉じることにより終了する。こ
の間、第1画像のための電荷は垂直電荷転送路32上に
蓄積されており、外部に出力されない。第2の露光時間
T2は、第1画像のための電荷を外部に出力するための
電荷転送時間以上にする必要がない。第2の露光時間T
2を短くすることができる。
As shown in FIG. 3, the second exposure time T2
Starts when the electric charge is read out from the photodiode 31 and ends when the mechanical shutter 2 is closed. During this time, the charges for the first image are accumulated on the vertical charge transfer path 32 and are not output to the outside. The second exposure time T2 does not need to be longer than the charge transfer time for outputting the charges for the first image to the outside. Second exposure time T
2 can be shortened.

【0074】第2の露光時間T2を短くすることができ
るので、第1回目の撮像と第2回目の撮像との間隔を短
くし、両方の撮像間における被写体のずれを小さくする
ことができる。すなわち、第1画像と第2画像との間に
おける被写体のぶれを小さくすることができるので、合
成後の画像の画質を向上させることができる。
Since the second exposure time T2 can be shortened, the interval between the first imaging and the second imaging can be shortened, and the displacement of the subject between both imagings can be reduced. That is, blurring of the subject between the first image and the second image can be reduced, so that the image quality of the combined image can be improved.

【0075】固体撮像素子3は、全画素読み出し型であ
り、第1回目及び第2回目の撮影の両方において全画素
を読み出すことができるので、高画質の画像信号を生成
することができる。
The solid-state image pickup device 3 is of the all-pixels readout type, and can read out all the pixels in both the first and second shootings, so that a high-quality image signal can be generated.

【0076】また、本実施例による固体撮像素子の制御
方法は、図13〜図17に示す固体撮像素子の制御方法
と切り換えて使用することができる。
Further, the control method of the solid-state imaging device according to the present embodiment can be used by switching from the control method of the solid-state imaging device shown in FIGS.

【0077】なお、第1の露光(T1)と第2の露光
(T2)は、短時間露光と長時間露光を逆にしてもよ
い。まず、第1の露光を短時間露光にし、第2の露光を
長時間露光にする利点を説明する。
In the first exposure (T1) and the second exposure (T2), the short exposure and the long exposure may be reversed. First, the advantage of setting the first exposure to short-time exposure and setting the second exposure to long-time exposure will be described.

【0078】図3において、第1の露光時間(短時間露
光)T1は例えば1/300秒であり、第2の露光時間
(長時間露光)T2は例えば1/30秒である。第2の
露光時間T2の終了は、メカシャッタ2を閉じることに
より行われる。メカシャッタ2が閉じ始めてから閉じ終
わるまでの時間は、露光時間T2の1/10以下が好ま
しい。例えば、露光時間T2が1/30秒であれば、メ
カシャッタ2の動作時間を1/300秒以下にする必要
がある。
In FIG. 3, the first exposure time (short-time exposure) T1 is, for example, 1/300 seconds, and the second exposure time (long-time exposure) T2 is, for example, 1/30 seconds. The end of the second exposure time T2 is performed by closing the mechanical shutter 2. The time from when the mechanical shutter 2 starts to close until the mechanical shutter 2 closes is preferably 1/10 or less of the exposure time T2. For example, if the exposure time T2 is 1/30 seconds, the operation time of the mechanical shutter 2 needs to be 1/300 seconds or less.

【0079】仮に、第2の露光T2が短時間(例えば1
/300秒)である場合には、メカシャッタ2の動作速
度を1/3000秒以下の高速にする必要がある。すな
わち、高速のメカシャッタ2を使用する必要がある。高
速なメカシャッタ2は高価であるため、撮像装置(デジ
タルカメラ)自体も高価になってしまう。
For example, if the second exposure T2 is performed for a short time (for example, 1
/ 300 seconds), the operating speed of the mechanical shutter 2 needs to be reduced to 1/3000 seconds or less. That is, it is necessary to use the high-speed mechanical shutter 2. Since the high-speed mechanical shutter 2 is expensive, the imaging device (digital camera) itself becomes expensive.

【0080】第1の露光を短時間露光にし第2の露光を
長時間露光にすることにより、安価な低速メカシャッタ
2を用いることができるので、撮像装置(デジタルカメ
ラ)のコストを低減することができる。
By setting the first exposure to short-time exposure and the second exposure to long-time exposure, an inexpensive low-speed mechanical shutter 2 can be used, so that the cost of the imaging apparatus (digital camera) can be reduced. it can.

【0081】次に、第1の露光を長時間露光にし、第2
の露光を短時間露光にする利点を説明する。
Next, the first exposure is performed for a long time, and the second exposure is performed.
The advantage of making the exposure for a short time will be described.

【0082】仮に、第1の露光を短時間露光にすると、
その後に長時間露光が行われるので、短時間露光された
画像信号を外部に出力するまでの時間が長くなってしま
う。画像中の白画素欠陥(白キズ)や暗時電流の出力
は、その時間が長いほど大きくなってしまい、画質が低
下し、結果として固体撮像素子の歩留りが低下してしま
う。
If the first exposure is a short exposure,
After that, the long-time exposure is performed, so that the time required to output the short-time exposed image signal to the outside becomes long. The output of a white pixel defect (white flaw) or dark current in an image becomes larger as the time is longer, the image quality is reduced, and as a result, the yield of the solid-state imaging device is reduced.

【0083】それに対し、第2の露光を短時間露光にす
ると、短時間露光された画像信号を外部に出力するまで
の時間が短くなる。その結果、画像中の白画素欠陥等が
小さくなるので、画質が向上し、固体撮像素子の歩留り
が向上する。
On the other hand, if the second exposure is short-time exposure, the time required for outputting the short-time exposed image signal to the outside is shortened. As a result, white pixel defects and the like in the image are reduced, so that the image quality is improved and the yield of the solid-state imaging device is improved.

【0084】次に、実施例の変形を説明する。上記の実
施例では、異なる露光時間で2回の撮像(露光)を行っ
たが、露光時間に限定されず、異なる撮像条件で2回の
撮像を行えばよい。その撮像条件の例を示す。
Next, a modification of the embodiment will be described. In the above embodiment, two imagings (exposures) are performed with different exposure times. However, the present invention is not limited to the exposure time, and two imagings may be performed under different imaging conditions. An example of the imaging condition will be described.

【0085】(1)露光時間 上記の実施例では、メカシャッタと電子シャッタの組み
合わせにより、露光時間を異ならせる場合を説明した
が、その他の方法により露光時間を異ならせてもよい。
(1) Exposure Time In the above embodiment, the case where the exposure time is made different by the combination of the mechanical shutter and the electronic shutter has been described. However, the exposure time may be made different by another method.

【0086】(2)被写体照度 例えば、可変光源の照明装置を用いて、第1回目の撮像
における照度と第2回目の撮像における照度とを異なら
せる。また、フラッシュ発光装置を用いて、被写体照度
を異ならせてもよい。
(2) Illuminance of Subject The illuminance in the first imaging and the illuminance in the second imaging are made different using, for example, an illumination device with a variable light source. Further, the illuminance of the subject may be changed by using a flash light emitting device.

【0087】(3)光学系の透過率 ニュートラルデンシティ(ND)フィルタは、全波長の
光を減衰させるフィルタである。このNDフィルタを図
1に示すメカシャッタ2と同じ位置に設けることによ
り、フォトダイオードに入射する光学系の透過率を異な
らせることができる。同様に、液晶装置を設けることに
より、光学系の透過率を異ならせることができる。
(3) Transmittance of Optical System The neutral density (ND) filter is a filter for attenuating light of all wavelengths. By providing this ND filter at the same position as the mechanical shutter 2 shown in FIG. 1, the transmittance of the optical system that enters the photodiode can be made different. Similarly, by providing a liquid crystal device, the transmittance of the optical system can be made different.

【0088】(4)絞り デジタルカメラの絞りの直径を大きくすることにより、
固体撮像素子に入射させる像を明るくすることができ、
絞りの直径を小さくすることにより、固体撮像素子に入
射させる像を暗くすることができる。絞りを異ならせ
て、2回の撮像を行うことができる。
(4) Aperture By increasing the diameter of the aperture of the digital camera,
The image to be incident on the solid-state imaging device can be brightened,
By reducing the diameter of the stop, an image incident on the solid-state imaging device can be darkened. Two images can be taken with different apertures.

【0089】(5)露光回数 露光回数を変えて、2回の撮像を行うことができる。例
えば、メカシャッタを開く回数を変化させることによ
り、露光回数を変える。第1回目の撮像ではメカシャッ
タを1回だけ開き、第2回目の撮像ではメカシャッタを
3回開く。また、フラッシュ発光装置の発光回数を変え
ることにより、露光回数を変えてもよい。
(5) Number of Exposures By changing the number of exposures, two images can be taken. For example, the number of exposures is changed by changing the number of times the mechanical shutter is opened. In the first imaging, the mechanical shutter is opened only once, and in the second imaging, the mechanical shutter is opened three times. Further, the number of times of exposure may be changed by changing the number of times of light emission of the flash light emitting device.

【0090】電荷結合素子(CCD)を有する固体撮像
素子の代わりに、以下に示すMOSセンサを用いること
ができる。
Instead of a solid-state image pickup device having a charge-coupled device (CCD), the following MOS sensor can be used.

【0091】図18(A)はMOSセンサの構成を示
す。MOSセンサは、同一基板上に複数のセルCLが2
次元行列状に配置される。各セルCLは、RAMと同様
に、第1のアドレスAD1と第2のアドレスAD2によ
り特定される。
FIG. 18A shows the structure of a MOS sensor. The MOS sensor has two or more cells CL on the same substrate.
They are arranged in a dimensional matrix. Each cell CL is specified by a first address AD1 and a second address AD2, similarly to the RAM.

【0092】図18(B)は、各セルCLの構成を示
す。セルCLは、DRAMと同様に、フォトダイオード
PDと読み出しゲート用MOSトランジスタTR1と容
量C1と出力用MOSトランジスタTR2とを有する。
フォトダイオードPDに蓄積された電荷は、トランジス
タTR1を導通状態にすることにより読み出され、容量
C1に蓄積される。容量C1に蓄積された電荷は、トラ
ンジスタTR2により外部に出力される。この容量C1
は、図4に示す固体撮像素子内の垂直電荷転送路32に
相当する。
FIG. 18B shows the structure of each cell CL. The cell CL has a photodiode PD, a read gate MOS transistor TR1, a capacitor C1, and an output MOS transistor TR2, like the DRAM.
The charge stored in the photodiode PD is read out by turning on the transistor TR1, and is stored in the capacitor C1. The charge stored in the capacitor C1 is output to the outside by the transistor TR2. This capacity C1
Corresponds to the vertical charge transfer path 32 in the solid-state imaging device shown in FIG.

【0093】なお、本実施例による撮像装置は、デジタ
ルカメラに限定されず、イメージスキャナやラインセン
サやビデオカメラ等にも適用することができる。この撮
像装置は、特に、静止画の撮像に適している。
The imaging apparatus according to the present embodiment is not limited to a digital camera, but can be applied to an image scanner, a line sensor, a video camera, and the like. This imaging device is particularly suitable for capturing a still image.

【0094】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0095】[0095]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1及び第2の撮像を行い、その後に第1及び第2の撮
像により生成された信号を外部に出力するので、第2の
撮像時間は、第1の撮像により生成された信号を外部に
出力するための時間に制限されず、短時間にすることが
できる。第2の撮像時間を短時間にすることにより、第
1及び第2の撮像による信号間の被写体ずれを小さく
し、高画質の画像信号を生成することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the first and second imagings are performed and the signals generated by the first and second imagings are output to the outside thereafter, the signal generated by the first imaging is output to the outside during the second imaging time. The time for output is not limited, and can be shortened. By shortening the second imaging time, a subject shift between the signals obtained by the first and second imagings can be reduced, and a high-quality image signal can be generated.

【0096】また、第1及び第2の撮像による信号をホ
ワイトクリップ処理し、合成することにより、ダイナミ
ックレンジが広い画像信号を生成することができる。
Further, by subjecting the signals obtained by the first and second imagings to white clip processing and combining them, an image signal having a wide dynamic range can be generated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による撮像装置の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】固体撮像素子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device.

【図3】撮像装置を動作させるための信号のタイミング
チャートである。
FIG. 3 is a timing chart of signals for operating the imaging apparatus.

【図4】本実施例による第1の動作を示す固体撮像素子
の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of the solid-state imaging device showing a first operation according to the embodiment.

【図5】本実施例による第2の動作を示す固体撮像素子
の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of the solid-state imaging device showing a second operation according to the embodiment.

【図6】本実施例による第3の動作を示す固体撮像素子
の平面図である。
FIG. 6 is a plan view of the solid-state imaging device showing a third operation according to the embodiment.

【図7】本実施例による第4の動作を示す固体撮像素子
の平面図である。
FIG. 7 is a plan view of the solid-state imaging device showing a fourth operation according to the embodiment.

【図8】本実施例による第5の動作を示す固体撮像素子
の平面図である。
FIG. 8 is a plan view of the solid-state imaging device showing a fifth operation according to the present embodiment.

【図9】本実施例による第6の動作を示す固体撮像素子
の平面図である。
FIG. 9 is a plan view of the solid-state imaging device showing a sixth operation according to the present embodiment.

【図10】本実施例による第7の動作を示す固体撮像素
子の平面図である。
FIG. 10 is a plan view of the solid-state imaging device showing a seventh operation according to the embodiment.

【図11】固体撮像素子内のフォトダイオードの光電変
換特性を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a photoelectric conversion characteristic of a photodiode in a solid-state imaging device.

【図12】図12(A)〜(C)は、ダイナミックレン
ジを拡大するための画像合成処理を説明するためのグラ
フである。
FIGS. 12A to 12C are graphs for explaining an image synthesizing process for expanding a dynamic range.

【図13】従来技術による第1の動作を示す固体撮像素
子の平面図である。
FIG. 13 is a plan view of a solid-state imaging device showing a first operation according to the related art.

【図14】従来技術による第2の動作を示す固体撮像素
子の平面図である。
FIG. 14 is a plan view of a solid-state imaging device showing a second operation according to the related art.

【図15】従来技術による第3の動作を示す固体撮像素
子の平面図である。
FIG. 15 is a plan view of a solid-state imaging device showing a third operation according to the related art.

【図16】従来技術による第4の動作を示す固体撮像素
子の平面図である。
FIG. 16 is a plan view of a solid-state imaging device showing a fourth operation according to the related art.

【図17】従来技術による第5の動作を示す固体撮像素
子の平面図である。
FIG. 17 is a plan view of a solid-state imaging device showing a fifth operation according to the related art.

【図18】図18(A)及び(B)は、MOSセンサの
回路図である。
FIGS. 18A and 18B are circuit diagrams of a MOS sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レンズ 2 メカシャッタ 3 固体撮像素子 4 CCDドライバ 5 画像処理部 6 A/D変換器 7,8 フレームメモリ 9 画像合成プロセッサ 10 被写体 11 カメラ制御部 12 電源 13 シャッタボタン 21 n型シリコン基板 22 p型ウエル 23 n型領域 24 n型領域 25 p+ 型領域 26 絶縁膜 27 シフトゲート電極(電荷転送電極) 28 入射光 31,51 光電変換部(フォトダイオード) 32,52 垂直電荷転送路 33,53 水平電荷転送路 34,54 出力アンプ CL セル AD1,AD2 アドレス PD フォトダイオード TR1,TR2 MOSトランジスタ C1 容量Reference Signs List 1 lens 2 mechanical shutter 3 solid-state imaging device 4 CCD driver 5 image processing unit 6 A / D converter 7, 8 frame memory 9 image synthesis processor 10 subject 11 camera control unit 12 power supply 13 shutter button 21 n-type silicon substrate 22 p-type well Reference Signs List 23 n-type region 24 n-type region 25 p + -type region 26 insulating film 27 shift gate electrode (charge transfer electrode) 28 incident light 31, 51 photoelectric conversion unit (photodiode) 32, 52 vertical charge transfer path 33, 53 horizontal charge Transfer path 34, 54 Output amplifier CL cell AD1, AD2 Address PD Photodiode TR1, TR2 MOS transistor C1 Capacitance

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇家 真司 宮城県黒川郡大和町松坂平1丁目6番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 (72)発明者 山田 哲生 宮城県黒川郡大和町松坂平1丁目6番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 Fターム(参考) 4M118 AA02 AB01 BA10 BA14 CA03 DB01 DB03 DB07 DB08 DB11 FA06 FA13 FA26 FA33 FA35 GA10 5C024 AA01 AA03 BA01 CA15 DA04 EA01 FA01 FA11 GA01 GA11 GA26 GA31 GA44 HA04 HA17 HA24 JA21  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shinji Uya 1-6-6 Matsuzakadaira, Yamato-cho, Kurokawa-gun, Miyagi Prefecture Inside Fujifilm Micro Devices Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuo Yamada 1 Matsuzaka-daira, Yamato-cho, Kurokawa-gun, Miyagi Prefecture 6-chome FUJIFILM Micro Devices Co., Ltd. F-term (reference) 4M118 AA02 AB01 BA10 BA14 CA03 DB01 DB03 DB07 DB08 DB11 FA06 FA13 FA26 FA33 FA35 GA10 5C024 AA01 AA03 BA01 CA15 DA04 EA01 FA01 FA11 GA01 GA11 GA26 GA31 GA44 HA04 HA17 HA21 JA24

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】各々が光電変換により電気信号を生成する
複数の光電変換素子と、 前記複数の光電変換素子が生成する信号を蓄積するため
の信号蓄積素子と、 前記光電変換素子で生成された信号を前記信号蓄積素子
に読み出すためのゲートと、 前記複数の光電変換素子に信号を生成させることにより
第1の撮像を行い、その生成された信号を前記信号蓄積
素子に読み出し、その後、前記第1の撮像とは異なる撮
像条件で前記複数の光電変換素子に信号を生成させるこ
とにより第2の撮像を行い、その後、前記第1の撮像に
より生成された信号を前記信号蓄積素子から外部に出力
し、その後、前記第2の撮像により生成された信号を前
記複数の光電変換素子から前記信号蓄積素子に読み出
し、外部に出力する制御手段と、 前記出力された第1及び第2の撮像による信号をホワイ
トクリップ処理し、合成することにより、画像信号を生
成する合成手段とを有する撮像装置。
1. A plurality of photoelectric conversion elements each generating an electric signal by photoelectric conversion, a signal storage element for storing a signal generated by the plurality of photoelectric conversion elements, and a signal storage element generated by the photoelectric conversion element A gate for reading a signal to the signal storage element; performing a first imaging by causing the plurality of photoelectric conversion elements to generate a signal; reading the generated signal to the signal storage element; A second imaging is performed by causing the plurality of photoelectric conversion elements to generate signals under imaging conditions different from the first imaging, and thereafter, a signal generated by the first imaging is output to the outside from the signal storage element. Control means for reading out the signal generated by the second imaging from the plurality of photoelectric conversion elements to the signal storage element and outputting the readout signal to the outside; And a combining unit that generates an image signal by performing white clip processing and combining the signals obtained by the second imaging and the second imaging.
【請求項2】前記光電変換素子、信号蓄積素子及びゲー
トが同一半導体基板上に形成される請求項1記載の撮像
装置。
2. The imaging device according to claim 1, wherein said photoelectric conversion element, signal storage element, and gate are formed on the same semiconductor substrate.
【請求項3】前記光電変換素子はフォトダイオードであ
り、前記信号蓄積素子はCCDである請求項1又は2記
載の撮像装置。
3. The imaging device according to claim 1, wherein said photoelectric conversion element is a photodiode, and said signal storage element is a CCD.
【請求項4】前記CCDは、各フォトダイオードに対し
て少なくとも1つの信号転送段を有し、全てのフォトダ
イオード内の信号をそれぞれ対応する信号転送段に読み
出すことができる全画素読み出し型の請求項3記載の撮
像装置。
4. The all-pixel read-out type wherein said CCD has at least one signal transfer stage for each photodiode, and can read out signals in all photodiodes to corresponding signal transfer stages. Item 4. The imaging device according to Item 3.
【請求項5】前記光電変換素子はフォトダイオードであ
り、前記信号蓄積素子は容量であり、前記ゲートはMO
SトランジスタであるMOSセンサ型構造を有する請求
項1又は2記載の撮像装置。
5. The photoelectric conversion element is a photodiode, the signal storage element is a capacitor, and the gate is an MO.
3. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device has a MOS sensor type structure that is an S transistor.
【請求項6】前記制御手段は、露光時間、被写体照度、
光電変換素子に入射する光学系の透過率、絞り及び露光
回数のうちの少なくとも1種類を変化させることにより
第1及び第2の撮像間の撮像条件を異ならせる請求項1
又は2記載の撮像装置。
6. The control means according to claim 1, wherein said control means comprises: an exposure time;
2. An imaging condition between the first and second imagings is changed by changing at least one of a transmittance, an aperture, and the number of exposures of an optical system incident on the photoelectric conversion element.
Or the imaging device according to 2.
【請求項7】さらに、メカシャッタを有し、 前記制御手段は、前記メカシャッタにより露光時間を変
化させることにより第1及び第2の撮像間の撮像条件を
異ならせる請求項1又は2記載の撮像装置。
7. The image pickup apparatus according to claim 1, further comprising a mechanical shutter, wherein the control unit changes an image pickup condition between the first and second image pickups by changing an exposure time by the mechanical shutter. .
【請求項8】さらに、照明装置を有し、 前記制御手段は、前記照明装置により被写体照度を変化
させることにより第1及び第2の撮像間の撮像条件を異
ならせる請求項1又は2記載の撮像装置。
8. The imaging device according to claim 1, further comprising an illumination device, wherein the control unit changes an imaging condition between the first and second imaging operations by changing an illuminance of a subject by the illumination device. Imaging device.
【請求項9】さらに、液晶装置を有し、 前記制御手段は、前記液晶装置により光電変換素子の光
学系の透過率を変化させることにより第1及び第2の撮
像間の撮像条件を異ならせる請求項1又は2記載の撮像
装置。
9. A liquid crystal device, wherein the control unit changes imaging conditions between the first and second imaging by changing a transmittance of an optical system of a photoelectric conversion element by the liquid crystal device. The imaging device according to claim 1.
【請求項10】前記制御手段は、前記第1の撮像を長時
間露光で行い、前記第2の撮像を短時間露光で行うこと
により第1及び第2の撮像間の撮像条件を異ならせる請
求項1又は2記載の撮像装置。
10. The control device according to claim 1, wherein the first imaging is performed by long-time exposure, and the second imaging is performed by short-time exposure, so that imaging conditions between the first and second imagings are made different. Item 3. The imaging device according to Item 1 or 2.
【請求項11】前記制御手段は、前記第1の撮像を短時
間露光で行い、前記第2の撮像を長時間露光で行うこと
により第1及び第2の撮像間の撮像条件を異ならせる請
求項1又は2記載の撮像装置。
11. The control unit according to claim 1, wherein the first imaging is performed by short-time exposure, and the second imaging is performed by long-time exposure, so that imaging conditions between the first and second imaging are changed. Item 3. The imaging device according to Item 1 or 2.
【請求項12】各々が光電変換により電気信号を生成す
る複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子が生
成する信号を蓄積するための信号蓄積素子と、前記光電
変換素子で生成された信号を前記信号蓄積素子に読み出
すためのゲートとを有する撮像装置の制御方法であっ
て、 (a)前記複数の光電変換素子に信号を生成させること
により第1の撮像を行う工程と、 (b)前記複数の光電変換素子で生成された信号を前記
信号蓄積素子に読み出す工程と、 (c)前記第1の撮像とは異なる撮像条件で前記複数の
光電変換素子に信号を生成させることにより第2の撮像
を行う工程と、 (d)前記第1の撮像により生成された信号を前記信号
蓄積素子から外部に出力する工程と、 (e)前記第2の撮像により生成された信号を前記複数
の光電変換素子から前記信号蓄積素子に読み出す工程
と、 (f)前記第2の撮像により生成された信号を前記信号
蓄積素子から外部に出力する工程と、 (g)前記出力された第1及び第2の撮像による信号を
ホワイトクリップ処理し、合成することにより、画像信
号を生成する工程とをこの順序で含む撮像装置の制御方
法。
12. A plurality of photoelectric conversion elements each generating an electric signal by photoelectric conversion, a signal storage element for storing a signal generated by the plurality of photoelectric conversion elements, and a signal storage element generated by the photoelectric conversion element. A method for controlling an imaging device having a gate for reading a signal to the signal storage element, comprising: (a) performing a first imaging by causing the plurality of photoelectric conversion elements to generate a signal; A) reading the signals generated by the plurality of photoelectric conversion elements into the signal storage element; and (c) causing the plurality of photoelectric conversion elements to generate signals under imaging conditions different from the first imaging. (D) outputting a signal generated by the first imaging to the outside from the signal storage element; and (e) outputting the signals generated by the second imaging to the plurality of images. of (F) outputting a signal generated by the second imaging from the signal storage element to the outside; and (g) outputting the output first and second signals. 2. A method for controlling an imaging apparatus, which includes, in this order, a step of generating an image signal by performing white clip processing and synthesizing a signal obtained by imaging in 2.
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